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德國(guó)圖爾克線性位移傳感器
一、德國(guó)圖爾克?位移傳感器簡(jiǎn)介
位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量。在生產(chǎn)過(guò)程中，位移的測(cè)量一般分為測(cè)量實(shí)物尺寸和機(jī)械位移兩種。按被測(cè)變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式又可分為物性型和結(jié)構(gòu)型兩種。常用位移傳感器以模擬式結(jié)構(gòu)型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機(jī)、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。數(shù)字式位移傳感器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是便于將信號(hào)直接送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛。
二、位移傳感器特性參數(shù)
標(biāo)稱阻值：電位器上面所標(biāo)示的阻值。
重復(fù)精度：此參數(shù)越小越好。
分辨率：位移傳感器所能反饋的小位移數(shù)值。此參數(shù)越小越好。導(dǎo)電塑料位移傳感器分辨率為無(wú)窮小。
允許誤差：標(biāo)稱阻值與實(shí)際阻值的差值跟標(biāo)稱阻值之比的百分?jǐn)?shù)稱阻值偏差，它表示電位器的精度。允許誤差一般只要在±20%以內(nèi)就符合要求，因?yàn)橐话阄灰苽鞲衅魇且苑謮旱姆绞絹?lái)使用，具體電阻的大小對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)采集沒(méi)有影響。
線性精度：直線性誤差。此參數(shù)越小越好。
壽命：導(dǎo)電塑料位移傳感器都在200萬(wàn)次以上。
三、位移傳感器常見(jiàn)故障
直線的工作原理是跟滑動(dòng)變阻器一樣的，它作為分壓器使用的，它是以相對(duì)的輸出電壓來(lái)呈現(xiàn)出所測(cè)量位置的實(shí)際上的位置。對(duì)這個(gè)裝置的工作有下面幾點(diǎn)要求：
1、如果電子尺已經(jīng)使用很長(zhǎng)時(shí)間了，而且密封已經(jīng)老化，同時(shí)夾雜著很多雜質(zhì)，而且水混合物和油會(huì)嚴(yán)重影響電刷的接觸電阻的，這樣會(huì)使顯示的數(shù)字不停地跳動(dòng)。這個(gè)時(shí)候可以說(shuō)直線位移傳感器的電子尺已經(jīng)損壞了，需要更換。
2、若電源的容量很小，就會(huì)出現(xiàn)很多情況的，所以，供電電源需要有充分的容量。那么，容量不足，就會(huì)造成如下的情況：熔膠的運(yùn)動(dòng)會(huì)使合模電子尺的顯示變換，有波動(dòng)，或者合模的運(yùn)動(dòng)會(huì)使射膠電子尺的顯示波動(dòng)，造成測(cè)量結(jié)果誤差很大。如果電磁閥的驅(qū)動(dòng)電源于直線位移傳感器供電電源同時(shí)在一起的時(shí)候，更容易出現(xiàn)以上的情況，情況嚴(yán)重時(shí)用萬(wàn)用表的電壓檔甚至可以測(cè)量到電壓的有關(guān)波動(dòng)。如果情況不是因?yàn)楦哳l干擾、靜電干擾或者是中性不夠好的造成的，那么就有可能是電源的功率太小造成的。
3、調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線位移傳感器的電子尺的顯示數(shù)字跳動(dòng)的。電子尺的信號(hào)線與設(shè)備的強(qiáng)電線路要分開(kāi)線槽。電子尺必須要強(qiáng)制性地使用接地支架，而且同時(shí)讓電子尺的外殼跟地面良好地接觸。信號(hào)線需要使用屏蔽線，而且電箱的一段應(yīng)該跟屏蔽線接地的。
如果有高頻干擾的時(shí)候，通常使用萬(wàn)用表的電壓測(cè)量就會(huì)顯示正常，但是顯示數(shù)字就是會(huì)跳動(dòng)不停的；而出現(xiàn)靜電干擾時(shí)，出現(xiàn)的情況也是跟高頻干擾一樣的。要證明看是否是靜電干擾時(shí)，可以先使用一段電源線把電子尺的封蓋螺絲跟機(jī)器上的某一些的金屬短接起來(lái)就可以了，只要一短接起來(lái)，靜電干擾就會(huì)馬上消除掉的。但是如果要消除掉高頻干擾就很難用上面的方法了，變頻節(jié)電器和機(jī)器手都經(jīng)常出現(xiàn)高頻干擾的，所以可以試一下用停止高頻節(jié)電器或者機(jī)械手的方法來(lái)驗(yàn)證是不是高頻干擾的。
4、如果直線位移傳感器的電子尺在工作的過(guò)程當(dāng)中，在某一點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動(dòng)，或者是沒(méi)有顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候，出現(xiàn)這種情況就需要檢查連接線絕緣是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，并且跟機(jī)器的外殼很有規(guī)律地接觸而導(dǎo)致的對(duì)地短路。
5、供電的電壓一定要穩(wěn)定，工業(yè)的電壓需要符合±0.1［%］的穩(wěn)定性，例如，基準(zhǔn)電壓是10V的話，就可以允許有±0.01V的波動(dòng)變化，如果不是的話，就會(huì)引起顯示的圈套波動(dòng)這樣的情況。但是如果這個(gè)時(shí)候的顯示波動(dòng)的幅度沒(méi)有超過(guò)波動(dòng)電壓的波動(dòng)的幅度的話，那么電子尺就是正常的了。
6、安裝直線位移傳感器的對(duì)中性需要很好，但是平行度可以允許有±0.5mm的誤差，角度可以允許有±12°的誤差。但是如果平行度誤差和角度誤差都是偏大的話，這樣會(huì)出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動(dòng)的情況。那么出現(xiàn)這樣的情況的時(shí)候，必須要對(duì)平行度和角度進(jìn)行調(diào)整了。
7、在連接的過(guò)程當(dāng)中，一定要多加注意，電子尺的三條線是不可以接錯(cuò)的，電源線和輸出線是不可以調(diào)換的。如果上面的線接錯(cuò)的話，就會(huì)出現(xiàn)線性誤差很大的情況，要控制的話是很難的，控制的精度也會(huì)變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動(dòng)的現(xiàn)象等等。
四、位移傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)和位移反饋環(huán)節(jié)組成。上位機(jī)為至少含有兩個(gè)COM口的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。運(yùn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)主要由運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、混合式步進(jìn)電機(jī)和水平機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置組成;位移反饋環(huán)節(jié)主要由帶數(shù)顯表的數(shù)字位移傳感器和SPP轉(zhuǎn)RS232接口電路組成。
數(shù)字位移傳感器型號(hào)為5CB～10C，位移測(cè)量范圍為0～20mm，數(shù)顯表讀數(shù)范圍為O～19.999mm，分辨率為1μm，線性度達(dá)到滿量程的0.05%，即精度達(dá)到10μm。
五、位移傳感器的工作原理
電位器式位移傳感器，它通過(guò)電位器元件將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移和角位移傳感器。但是，為實(shí)現(xiàn)測(cè)量位移目的而設(shè)計(jì)的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個(gè)確定關(guān)系。電位器式位移傳感器的可動(dòng)電刷與被測(cè)物體相連。
物體的位移引起電位器移動(dòng)端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。線繞式電位器由于其電刷移動(dòng)時(shí)電阻以匝電阻為階梯而變化，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種位移傳感器在伺服系統(tǒng)中用作位移反饋元件，則過(guò)大的階躍電壓會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。因此在電位器的制作中應(yīng)盡量減小每匝的電阻值。電位器式傳感器的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是易磨損。它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出信號(hào)大，使用方便，價(jià)格低廉。
磁致伸縮位移傳感器通過(guò)非接觸式的測(cè)控技術(shù)地檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的位置來(lái)測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值的；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應(yīng)用于成千上萬(wàn)的實(shí)際案例中。
由于作為確定位置的活動(dòng)磁環(huán)和敏感元件并無(wú)直接接觸，因此傳感器可應(yīng)用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵埃或其它污染的影響，IP防護(hù)等級(jí)在IP67以上。此外，傳感器采用了高科技材料和*的電子處理技術(shù)，因而它能應(yīng)用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號(hào)為位移值，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，更無(wú)須重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復(fù)檢測(cè)，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測(cè)的可靠性和使用壽命。
磁致伸縮位移傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測(cè)量過(guò)程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個(gè)圓周磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動(dòng)磁環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)，這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測(cè)到。
由于這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時(shí)間和活動(dòng)磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過(guò)測(cè)量時(shí)間，就可以高度地確定這個(gè)距離。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的值，而不是比例的或放大處理的信號(hào)，所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況，更無(wú)需定期重標(biāo)。
磁致伸縮位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程位置測(cè)量的位移傳感器。它采用非接觸的測(cè)量方式，由于測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，也能正常工作。此外，它還能承受高溫、高壓和強(qiáng)振動(dòng)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械位移的測(cè)量、控制中。
六、位移傳感器的應(yīng)用
火車輪緣的幾何狀態(tài)參數(shù)影響著列車運(yùn)行的速度與平穩(wěn)度，對(duì)列車的安全運(yùn)行十分重要。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段較為復(fù)雜，通常是用帶有游標(biāo)的尺子來(lái)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)數(shù)據(jù)的人工讀取造成測(cè)量的誤差比較大，同時(shí)不能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理。隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展，列車運(yùn)行速度越來(lái)越快，火車輪緣狀態(tài)參數(shù)的快速檢修和數(shù)字化管理變得十分重要。輪緣檢測(cè)儀采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、單片機(jī)處理系統(tǒng)和簡(jiǎn)潔穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可方便的對(duì)幾何狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行連續(xù)快速測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了輪緣高度、輪輞厚度等參數(shù)測(cè)量的數(shù)字化。
輪緣高度、寬度、輪輞厚度等方面的檢測(cè)用到很多傳感器，而為關(guān)注的是位移傳感器，位移傳感器有很多種，用在火車上車輪緣狀檢測(cè)是目前新型傳感器技術(shù)叫做激光位移傳感器。目前用在火車輪緣上檢測(cè)是的激光三角測(cè)量法，短距離的測(cè)量精度很高。可以直接把位移傳感器安裝在軌道上進(jìn)行檢測(cè)，同樣也可以采用激光反射式位移傳感器為測(cè)量器件激光傳感器模沿直線方向掃描輪緣形狀，同時(shí)記錄整個(gè)輪緣數(shù)據(jù)。通過(guò)微處理器即可得出整個(gè)輪緣輪廓曲線，進(jìn)而求得輪緣寬度、輪緣高度、70mm磨損量和磨損面積等。并且能把測(cè)量的數(shù)據(jù)上傳計(jì)算機(jī)，生成數(shù)據(jù)庫(kù)，利用*的后處理軟件對(duì)火車輪緣進(jìn)行數(shù)字化管理。它不僅可以對(duì)在線運(yùn)行列車測(cè)量輪對(duì)的磨損，還可以在生產(chǎn)線上對(duì)輪對(duì)尺寸是否合格進(jìn)行分選。
交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展離不開(kāi)檢測(cè)技術(shù)，而儀器儀表以及傳感器技術(shù)才是檢測(cè)技術(shù)的核心。高速動(dòng)力發(fā)展的今天，人們不僅僅希望體驗(yàn)到是的舒適和享受，而且跟多的希望得到是安全。傳感器技術(shù)的發(fā)展會(huì)給人們生活交通帶來(lái)更多的安全，我國(guó)傳感器技術(shù)的發(fā)展也將帶動(dòng)交通運(yùn)輸方面在上擁有的yi流*技術(shù)發(fā)展。
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